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문제 정의
- 국내에서는 일부 기초적인 연구가 수행되었으나, 국내의 건축 재료 수요패턴에 적합한 제품 및 공정개발은 아직 이루어지지 않고 있는 실정이다. 따라서 국내에서 발생이 증가하고 있는 폐목재, 간벌 재 등 가용자원에 구애를 그다지 받지 않고, 건식공법으로 건축자재가 변화하는 추이를 감안하여, 향후 건축용 목질복합소재의 수요에 대처코자 목질·시멘트 복합보드를 제조하여 그 물리·기계적 성질과 열전도성 및 내화성을 평가해 보고자 하였다.
- 본 연구는 바닥 및 벽체 등 건축재료로 서의 목질 재료와 목질·시멘트 복합보드의 특성을 살펴보고자 실시되었으며, 얻어진 주요결론은 다음과 같다.
제안 방법
- 클램핑압체후 성형틀의 4面을 taping하여 50℃의 송풍형 건조기내에 투입하여 24시간 1차 양생을 시켰으며, 양생후 비닐백에 넣어 밀폐된 상태로 1주일 정도 습윤양생을 시킨 다음, 비닐백에서 꺼내어 기건상태로 퇴적하였다. 그 후 다시 80℃ 건조기내에서 6.5시간 건조한 다음, 실내의 대기조건에서 평형함수율 상태가 되도록 하였다.
- 그리고, 목질원료와 시멘트의 혼합성을 더욱 균일하게 하기 위하여, 무기질원료 혼합기 (BladeTift type blender)를 자체 제작 ·활용하였으며, 또한 종전의 압체방식을 개선한 클램핑압체방식을 새롭게 적용하였다.
- 본 실험에서는 반건식 목질·시멘트 보드의 제조시스템을 적용코자 보다 경제적이면서 요구성능을 갖출 수 있으며, 작업이 용이한 클램핑 압체기구를 제작·사용하였다. 그리고, 목질원료와 시멘트의 혼합성을 더욱 균일하게 하기 위하여, 무기질원료 혼합기 (BladeTift type blender)를 자체 제작 ·활용하였으며, 또한 종전의 압체방식을 개선한 클램핑압체방식을 새롭게 적용하였다.
- 성형 틀 내에서 1 batch로 제조되는 보드는 두께 12mm의스톱퍼를 이용하여 두께 조정을 하였으며, 일반 파티클보드나 MDF(중밀도섬유판) 등의 실험적인 제조방법과 유사한 성형·압체·클램핑과정을 거쳐 목표밀도 L2g/cm3로 하여, 12 mm×25cm×25cm 의 보드를 제조하였다. 클램핑압체후 성형틀의 4面을 taping하여 50℃의 송풍형 건조기내에 투입하여 24시간 1차 양생을 시켰으며, 양생후 비닐백에 넣어 밀폐된 상태로 1주일 정도 습윤양생을 시킨 다음, 비닐백에서 꺼내어 기건상태로 퇴적하였다. 그 후 다시 80℃ 건조기내에서 6.
- 원료로 사용하였다. 한편, 무기질 원료로서, 시판 포틀랜드시멘트(type I ), 경화촉진제 (염화마그네슘수화물; Mgcl2 , 6H2O)을 사용하였으며, 염화마그네슘의 비수화물 상태를 기준으로 시멘트 중량 대비 3%를 첨가하였다.
- 한편, 열전도율은 재료의 고유성질, 밀도 및 섬유 배치상태에 따라 달라지는 것으로 알려진 바, 본 실험에서는 목질·시멘트 복합보드의 목질원료 형태, 시멘트/목질比 및 밀도에 따른 뚜렷한 열전도의 경향은 찾을 수 없었으나, 0.103 ~0.153kcal/m·hr·℃ 로서 합판과 목질보드류의 열전도율(0.069~0.100kcal/m·hr·℃)을 상회하였다. 한편 목질·시멘트 복합보드는 석고보드와 비슷하거나 다소 높은 전도율을 지니고 있었다(Table 3).
대상 데이터
- 성형 틀 내에서 1 batch로 제조되는 보드는 두께 12mm의스톱퍼를 이용하여 두께 조정을 하였으며, 일반 파티클보드나 MDF(중밀도섬유판) 등의 실험적인 제조방법과 유사한 성형·압체·클램핑과정을 거쳐 목표밀도 L2g/cm3로 하여, 12 mm×25cm×25cm 의 보드를 제조하였다. 클램핑압체후 성형틀의 4面을 taping하여 50℃의 송풍형 건조기내에 투입하여 24시간 1차 양생을 시켰으며, 양생후 비닐백에 넣어 밀폐된 상태로 1주일 정도 습윤양생을 시킨 다음, 비닐백에서 꺼내어 기건상태로 퇴적하였다.
- 파티클보드(PB) 표층용 및 중층용 파티클, 폐목질 원료를 파쇄하여 팔레트 제조시 사용되고 있는 파티클 (R-파티클; recycled particle)을 업체로부터 분양받고, 실험실에서 폐신 문지 섬유를 조제하여, 선별하지 않은 채 목질계 원료로 사용하였다. 한편, 무기질 원료로서, 시판 포틀랜드시멘트(type I ), 경화촉진제 (염화마그네슘수화물; Mgcl2 , 6H2O)을 사용하였으며, 염화마그네슘의 비수화물 상태를 기준으로 시멘트 중량 대비 3%를 첨가하였다.
이론/모형
- 성질을 시험하였다. 또한, 열전도성은 25cm × 25cm 상태로 KS L 9101의 시험 방법으로 측정하였으며, 내화성능은 KS F 2271에 의하여 표면연소성시험기(Toyoseiki Co.) 를사용하여 측정·평가하였다.
- 제조된 보드는 KS F 3104에 의하여 물리·기계적 성질을 시험하였다. 또한, 열전도성은 25cm × 25cm 상태로 KS L 9101의 시험 방법으로 측정하였으며, 내화성능은 KS F 2271에 의하여 표면연소성시험기(Toyoseiki Co.
성능/효과
- 1. 클램핑압체방식으로 제조한 목질클램핑압체방식으로 제조시멘트 복합보드의 적정 시멘트/목질원료 혼합비 (C/W比)는 2.7~3.2로서 보드의 물성이 양호하였으며, C/W비 3.2에서 치수안정성이 우수하였다. 특히, 파티클보드 표층용 파티클은 모든 C/W비에 걸쳐 치수안정성이 양호하였으며, 휨강도는 파티클보드 중층용 파티클 또는 폐신문지 섬유를 사용한 보드가 높았다.
- 2. 목질·시멘트 복합보드의 열전도율은 석고보드와 유사하거나 높았으며, 합판 및 목질 보드의 열전도율을 상회하였다.
- 3. 목질·시멘트 복합보드(C/W비 2.7)의 내화성능은 석고보드보다 커 중량감소율이 약 1/2이었으며, 목질판재료와 비교하여 월등한 내화성능을 지녔다.
- 5, CA가 168로써 목질보드중에서도 tdθ는 MDF가, CA는 파티클보드가 가장 높은 경향을 나타냈다. 따라서, 본 연구에서 적용한 시멘트/목질 比 2.7 (시멘트 대비 목질혼합율 37%에 해당)의 목질·시멘트의 복합화에 의해 석고보드보다 도내 화성 능이 우수한 보드를 제조할 수 있는 것으로 나타났다.
- 2g/cm3였다. 또한 경량혼화재 (pozzolana) 를 첨가하여 경량시멘트 보드를 제조하고 諸물성 및 준불연재료에의 적합성을 구명해 본 바, 혼화재 첨가는 보드의 치수 안정성과 난연성을 향상시키고, 강도성능을 중시하는 경우 거친 파티클에 혼화재를 10% 첨가한 고비중(1.20)의 단층구성보드가 적합하며, 준불연재료에 합격하는 것을 기본으로 할 때는 표층에 혼화재 10% 첨가하고 중층에 40% 첨가한 고비중의 3층보드가 적합한데 이 경우 강도성능을 중시할 때는 표층에 거친 파티클, 중층에 가는 파티클을 사용하는 것이 적합하다고 하였다. 한편, 치수안정성과 난연성을 중시할 경우, 표층에 가는 파티클, 중층에 굵은 파티클을 사용하고, 시멘트/목질 比 를 높일 때 가능함을 보고하였다.
- 또한, 각종 탄산염을 첨가하고 80-86℃로 가열, 5〜18분 압체하여 보드의 초기강도를 유지하여 다룰 수 있는 수준까지 높일 수 있음을 구명하였다.
- 또한, 두께·길이 팽창률 및 흡수율은 C/W 비 2.2에서는 양호하지 않은 편이었으나, 2.7 -> 3.2로 됨에 따라 점차 개선되었으며, 특히 R- 파티클의 경우 개선의 폭이 컸다. 이는 R-파티클이 목섬유와 유사한 性狀을 지닌 데 기인한 것으로 보여졌으며, 낮은 C/W비에서는 충분한 시멘트 도포가 이루어지지 않아 물리적인 결합이 약하기 때문이라고 여겨진다.
- 또한, 처리유 종류에 관계없이 물 /시멘트비가 0.30에서 0.45로 되면서 강도가 상승하는 사실을 발표하였다. 그러나 유 처리는 발열량 및 발연계수를 높이고, 발수제 겸 내 화제인 인산에스테르처리에 의하여 내화성을 높일 수 있음을 보고하였다.
- 목질 . 시멘트보드와 市販 석고보드는 내화시험결과, 착화가 되지 않았으나, 합판과 목질보드의 경우 60~95초에서 착화가 되었으며, 6분간 가열완료후의 殘炎 시간도 85초~105초에 달했다. 중량감소율은 목재 파티클.
- 2에서 다른 목질원료보다도 치수안정성이 유리한 결과를 보여주었다. 이와 같은 실험을 통하여 PB 중층용 파티클 혼입의 경우, C/W비 3.2에서 최대강도를 나타냈으며, 물리적 성질은 같은 C/W비에서 PB 표층용 파티클 혼입의 경우 가장 치수가 안정되어 나타났다.
- 2에서 치수안정성이 우수하였다. 특히, 파티클보드 표층용 파티클은 모든 C/W비에 걸쳐 치수안정성이 양호하였으며, 휨강도는 파티클보드 중층용 파티클 또는 폐신문지 섬유를 사용한 보드가 높았다.
- 한편, 발열지수(탄화 온도·시간면적(td8)) 및 발연계수(CA)를 Fig. 2의 연소곡선으로 살펴본 바, 목질·시멘트보드와 석고보드의 경우 td8와 CA를 산출할 수 없었으며, 합판은 tdθ가 145, CA가 30, 파티클보드는 tdθ가 155, CA가 195, MDF는 tde가 302.5, CA가 168로써 목질보드중에서도 tdθ는 MDF가, CA는 파티클보드가 가장 높은 경향을 나타냈다. 따라서, 본 연구에서 적용한 시멘트/목질 比 2.
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